據(jù)報道，劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種高效的概念，可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為清潔、可持續(xù)的燃料，而且沒有任何不想要的副產(chǎn)品或廢物。根據(jù)他們之前的研究，生物催化劑或酶可以利用可再生能源清潔地生產(chǎn)燃料，但效率很低。

這一次，他們的最新研究在實驗室環(huán)境下將燃料生產(chǎn)效率提高了18倍，證明了碳排放可以有效地轉(zhuǎn)化為綠色燃料，而不浪費任何能源。該研究結(jié)果發(fā)表在《自然化學(xué)》和《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)的兩篇相關(guān)論文上。

大多數(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料的方法也會產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品，如氫。科學(xué)家們可以改變化學(xué)條件來減少氫氣的產(chǎn)生，但這也會降低二氧化碳的轉(zhuǎn)化性能。因此，盡管可以生產(chǎn)更清潔的燃料，但代價是降低效率。

劍橋大學(xué)開發(fā)的這一概念驗證依賴于從細菌中分離出來的酶，為將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料的化學(xué)反應(yīng)提供動力，這一過程被稱為電解。酶比其他催化劑(如金)更有效，但它們對當(dāng)?shù)氐幕瘜W(xué)環(huán)境高度敏感。如果當(dāng)?shù)丨h(huán)境不完全合適，酶就會分解，化學(xué)反應(yīng)就會很慢。

劍橋大學(xué)的研究人員與葡萄牙新里斯本大學(xué)的一個團隊合作，已經(jīng)開發(fā)出一種方法，通過微調(diào)溶液條件來改變酶所處的環(huán)境，從而提高電解效率。

該研究論文第一作者、劍橋大學(xué)化學(xué)系教授Esther Edwardes Moore博士說，“經(jīng)過數(shù)百萬年的進化，酶已經(jīng)變得非常高效和有選擇性，它們非常適合燃料生產(chǎn)，因為它們不會產(chǎn)生任何不想要的副產(chǎn)品。然而，酶的敏感性帶來了一系列不同的挑戰(zhàn)。我們的方法考慮到了這種敏感性，因此可以調(diào)整當(dāng)?shù)丨h(huán)境，以適應(yīng)酶的理想工作條件。”

研究人員利用計算方法設(shè)計了一個改善二氧化碳電解的系統(tǒng)。使用以酶為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，燃料生產(chǎn)水平比目前的基準(zhǔn)解決方案提高了18倍。

為了進一步改善酶所處的環(huán)境，研究小組展示了兩種酶如何協(xié)同工作，一種產(chǎn)生燃料，另一種控制環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn)，通過添加另一種酶，反應(yīng)速度加快，既提高了效率，又減少了不必要的副產(chǎn)物。

研究人員說，“我們最終得到了我們想要的燃料，沒有副產(chǎn)品，只有邊際的能量損失，以最大的效率生產(chǎn)清潔燃料。通過從生物學(xué)中獲取靈感，它將幫助我們開發(fā)更好的合成催化劑系統(tǒng)，如果我們要大規(guī)模部署二氧化碳電解，這正是我們需要的。”

“電解在減少碳排放方面可以發(fā)揮很大作用。我們已經(jīng)展示了一個新的概念，而不是捕捉和儲存二氧化碳，這是令人難以置信的能源密集型，以節(jié)能的方式捕捉碳并從它那里制造出有用的東西。”他們補充說。

在未來，研究人員希望利用其所學(xué)到的知識來解決一些目前最先進的催化劑難以解決的挑戰(zhàn)性問題，例如直接使用空氣中的二氧化碳，因為在這些條件下，酶作為理想催化劑的特性可以真正發(fā)揮出來。

關(guān)鍵詞： 二氧化碳